도시철도 궤도구조별 궤도지지강성에 따른 레일피로수명 평가에 관한 연구 = A study on the fatigue life evaluation of continuous welded rails in urban railway according to track support stiffness

국문 초록 (Abstract)

본 논문의 목적은 레일의 표면요철, 궤도지지강성에 따른 휨응력예측식을 산정하여 휨응력에 따른 피로수명을 평가하는 것으로 이를 현행 레일교환기준과 비교하여 궤도형식별로 레일교환기준을 구분토록 제안하는 것이다.
본 연구에서는 현장시험 및 이론적 해석을 통하여 도시철도 궤도구조별 궤도지지강성의 차이가 동적 궤도부담력의 차이를 발생시키고 이에 따른 레일휨응력의 차이로 인해 레일의 사용수명(피로수명)이 달라질 수 있음을 입증하였다. 또한 도시철도 장기 사용레일에 대한 실내 피로시험을 수행하고, 실험데이터에 대한 가중치 확률해석기법을 사용하여 각 파괴확률에서의 휨응력범위에 따른 장기 사용레일의 잔존수명을 표현한 S-N 선도를 도출하였다.
결과적으로 도시철도 콘크리트궤도에서 해당 선로의 궤도지지강성의 변화에 따른 레일의 피로수명의 영향이 크므로 피로수명 산정 시 궤도지지강성을 고려하는 것이 적절한 것으로 판단된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The purpose of this study is to estimate the fatigue life-cycle period of continuously welded rail in urban railway tracks by evaluating the flexural stress resistance in accordance to the track support stiffness and the surface irregularities. This estimation is compared with the current rail replacement standard, and the results are presented as a proposal to amend the regulations based on track types.
The study further reveals that the difference of track support stiffness between the railway track structures of urban railway systems may cause a difference in the dynamic rail load and field life (fatigue life) due to the rate of rail bending stress.
In addition, an indoor fatigue test was carried out for the long-term rail of urban railway, and an S-N graph which expresses the remaining lifetime of the long-used rail according to the range of bending stress at each failure probability was derived using the weighted probability analysis method for the experimental data.
The study concludes that the fatigue life-cycle period of railways is affected by the change of the support stiffness of the track in the urban railway concrete track. Therefore, it is considered appropriate to consider the support stiffness when estimating the fatigue life-cycle of future railway tracks.

목차 (Table of Contents)

• 요약 ⅰ
• 표목차 ⅱ
• 그림목차 ⅲ
• Ⅰ. 서 론 1
• 1.1 연구배경 및 목적 1
• 1.2 연구내용 및 범위 2
• 1.3 연구동향 4
• 1.4 연구수행흐름도 16
• Ⅱ. 레일 피로손상 이론 및 교환기준 17
• 2.1 레일의 피로손상 사례 17
• 2.2 레일손상의 유형별 분석 및 Code화 29
• 2.3 레일의 피로손상 이론 32
• 2.4 국내·외 레일교환기준 51
• Ⅲ. 장기 사용레일 피로시험 54
• 3.1 개요 54
• 3.2 피로시험 방법 54
• 3.3 피로시험 결과 60
• Ⅳ. 현장측정 65
• 4.1 개요 65
• 4.2 현장측정 방법 67
• 4.3 레일표면요철 측정결과 및 분석 74
• 4.4 궤도동적응답 측정결과 및 궤도지지강성 산정 81
• 4.5 차량/궤도 상호작용해석을 통한 레일 휨응력예측식 분석 93
• Ⅴ. 분석 및 고찰 100
• 5.1 사용레일의 S-N선도 분석 100
• 5.2 도시철도 콘크리트궤도구조의 궤도지지강성에 변화에 따른 레일 피로수명 평가 105
• Ⅵ. 결론 108
• 참고문헌 110
• Abstract 113
• 감사의 글 114